涡喷发动机用于无人机飞行试验可能性探索 .pdfVIP

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电子科技类论文：涡喷发动机用于无人机飞行试验可能性探

索

摘要:弹用涡喷发动机改型作为无人飞行平台动力装置时,

首要研究内容之一是发动机控制系统可行性研究。文章在分

析某型涡喷发动机控制系统原理的基础上,基于以惯性环节

描述的发动机响应模型,对数字电子控制器采用一种PID算

法,使发动机转速闭环控制系统的响应速度与发动机气动热

力过程响应速度一致,控制量不超调。文中进行了实物在环

仿真验证试验。仿真结果表明了控制系统可行性,采用变参

数PID控制规律,能实现不同飞行条件和工况下的发动机转

速闭环控制。该算法结构简单,通过发动机非线性气动热力

模型易于获取控制参数。

关键词:无人机,涡喷发动机,PID控制,实物环仿真

在一些成功用于巡航导弹的涡喷发动机可改型作为无

人飞行平台飞行验证机的动力装置。相对而言,无人机自主

起飞降落的飞行状况及多种工作状态对发动机控制系统的

要求更高,需考核发动机是否可控、工作特性是否满足要求、

并进行发动机包括控制系统的任务适应性研究与必要的改

型设计。早期的涡喷发动机转速控制系统主要是通过对发动

机燃油系统的调节与控制实现,为单变量输入输出控制结

构。全权限数字电子控制技术的发展能便利地实现航空燃气

涡轮发动机的控制。利用线性系统理论解决非线性系统控制

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问题的线性变参数(LPV)技术,对于发动机控制工程既具有

一定的精度,又使问题得到简化,近十多年来,航空发动机

LPV增益控制技术得到迅速发展[1~5]。其核心是基于线性模

型,采用内插或拟合方法求取雅克比LPV模型的系数矩阵A(

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ρ、ρ、ρ和ρ得到雅克比模型Δ

ρΔρΔΔρΔρΔ根据ρ来调度不同的

、、、。也可采用基于变化率的方法建立模型。

采用拟合法获取模型能成功应用于动态控制过程中。

本文研究对象为一单轴不带加力燃烧室的小涡轮喷气发动

机燃油调节器主要由数字电子控制器和燃油调节执行机构

组成。通过基于框架的数字仿真和实物在环验证试验

已确定了大范围工况内燃油调节执行机构的有效性。对

于数字电子控制器能通过选取控制算法与变参数整定在

发动机宽广的工况范围内实现多种工作状态的控制而无需

对控制调节器的物理结构进行大的变动有效节约改型研制

费用与时间。基于此本文采用一种变参数控制算法可

使闭环系统响应速度与被控对象响应速度一致控制量不超

调并进行了半物理仿真验证试验。本文变参数控制方

法与方法拥有相似的思路算法简便容易实现在发动

机多种工况和大飞行包线内有效适于无人机燃气涡轮发动

机控制系统。

发动机转速控制规律该单轴不带加力小涡轮喷气发

动机的调节计划为随飞行高度与速度变化调节燃油流量

保持发动机物理转速相对物理转速尾喷口面积不可

调。数字电子控制器的控制器校正环节根据发动机转子设定

转速与测量转速的偏差计算确定脉冲个数通过运动卡传

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